بیش از یک سال است که زورتراکس پیمانکار آژانس فضایی اروپا (ESA) در پروژه ای با هدف توسعه فناوری های جدید چاپ 4 بعدی برای صنعت فضایی بوده است. در حال حاضر، این پروژه با موفقیت به پایان رسیده است تیم تحقیق و توسعه زورتراکس.
تیم تحقیق و توسعه Zortrax از چاپگر سه بعدی M300 Dual FDM و نسخه اصلاح شده Z-SUITE، نرم افزار چاپ سه بعدی زورتراکس برای چاپ سه بعدی سازه های ساخته شده از پلیمرهای حافظه شکل و مواد رسانای الکتریکی استفاده کرد.
“متداول ترین محرک مورد استفاده برای فعال سازی مکانیسم های چاپی 4 بعدی دما است. با نگاهی به کاربرد فضا، دامنه تغییر دما می‌تواند بسیار زیاد باشد و حتی اگر بتوان از آن به عنوان محرکی برای فعال‌سازی تغییر شکل استفاده کرد، کنترل تدریجی آن دشوار است. بنابراین در سیستم های فضایی کنترل ورودی الکتریکی آسان تر است. ایده پشت این پروژه استفاده از قابلیت تغییر شکل ناشی از حرارت، اما با استفاده از یک فعال سازی کنترل شده تر از طریق گرمای تولید شده توسط جریان الکتریکی بود. دکتر Ugo Lafont، مهندس فیزیک و شیمی مواد در ESA گفت: چنین مفاهیمی به دلیل پتانسیل آنها برای کاهش تعداد قطعات در سیستم های پیچیده در حالی که توانایی آنها برای ارائه حرکت و تحریک کنترل شده، بر اساس تقاضا را حفظ می کنند، در حال ارزیابی هستند.
در سال 2013، تیمی از محققان MIT اشیایی را با قابلیت‌های قابل برنامه‌ریزی تغییر شکل پرینت کردند – زمانی که جسم در معرض یک محرک حرارتی قرار می‌گرفت. با این حال، قبل از اینکه این فناوری بتواند کاربردهای دنیای واقعی پیدا کند، چند چالش وجود داشت که باید بر آنها غلبه کرد. فرآیند تغییر شکل کاملاً به تغییر دمای محیط بستگی داشت و تنها زمانی آغاز شد که این دما به یک سطح معین رسید. برای مثال، هیچ راهی برای استقرار چنین ساختارهایی به صورت متوالی وجود نداشت، زیرا کل جسم به یکباره گرم می شد. کنترل محیط نیز همیشه یک گزینه نبود، به خصوص در فضا. Zortrax، با بودجه ESA، برای حل این چالش ها کار کرد.
در پرینت چهار بعدی در مقایسه با پرینت سه بعدی، بعد چهارم زمان است. اشیاء چاپی 4 بعدی می توانند هندسه و سایر خواص خود را در پاسخ به محرک های مختلف مانند دما، رطوبت، جریان الکتریکی و بسیاری موارد دیگر تغییر دهند.
پرینت 4 بعدی علاقه زیادی را در صنعت فضایی ایجاد کرد زیرا در تئوری، این فناوری می تواند مهندسان و طراحان ماموریت را قادر سازد تا وزن سازه های قابل استقرار مانند آنتن ها، بوم ها یا حسگرهای مختلف را کاهش دهند. وزن چنین سازه هایی که به روش سنتی ساخته می شوند همیشه مجموع خود سازه و مکانیزمی است که قرار است آن را مستقر کند. اما اگر خلاص شدن از شر مکانیسم‌های استقرار به طور کلی امکان‌پذیر بود، می‌توان آنها را حتی سبک‌تر و کوچک‌تر کرد.»
در آن مکانیسم ها، پلیمرهای حافظه شکل به عنوان محرک و مواد رسانای الکتریکی به عنوان گرم کننده های الکتریکی کار می کردند. به این ترتیب، امکان ساخت نمایشگرهای فناوری با نمایش سه نوع حرکت – خم شدن، پیچش و استقرار – وجود داشت که می‌توان با فشار دادن یک دکمه فعال شوند.
برای زورتراکس، تکمیل موفقیت‌آمیز این پروژه مسیری را به سوی پروژه‌های پیشرفته‌تر با بودجه قابل توجه‌تر برای توسعه بیشتر این فناوری و در نهایت آماده‌سازی قطعات پرینت چهار بعدی فعال‌شده الکتریکی برای مأموریت‌های فضایی باز می‌کند.
ترکیب چنین مواد پیشرفته‌ای در فرآیند پرینت سه بعدی اکستروژن دوگانه در M300 Dual مسیر روشنی را به سوی ساخت مکانیسم‌های قابل اعتماد و سبکی باز می‌کند که می‌توانند بدون محرک‌ها، موتورها یا مدارهای کنترل جداگانه کار کنند، که در زمینه‌هایی مانند انرژی بسیار مهم است. داوید پیاستوفسکی، رهبر توسعه مواد در Zortrax SA، گفت: تولید، حسگرهای هوشمند و صنعت دفاعی، فقط برای نام بردن چند مورد علاوه بر خود اکتشاف فضایی.